一种远程自控数字针阀装置及其方法和应用与流程

本发明属于气田采气技术领域，具体涉及一种用于气田地面排液的远程自控数字针阀方法。

背景技术：

在气田天然气开采的过程中，随着气田的持续开发，以及地层能量的逐渐下降，气井产量降低、气流流速下降、天然气携液能力减弱，导致单井采气管线积液严重，个别输气管线压降明显，造成气井无法以要求配产生产，严重影响气井产能发挥。目前现场排除采气管线积液主要采取向采气管线加注起泡剂、站内放空带液、利用通管球和通管塞清除积液等措施。

采气管线加注起泡剂，通过产生大量的气泡，增加天然气流动时的携液能力，把大量管线积液带走，但是存在加注量大、工人劳动强度大和工作效率低等问题；气田采用站内脱水工艺，加注起泡剂会影响脱水效果，因此采用站内放空带液措施，该措施工作量巨大，且大量放空浪费能源，污染环境；利用通管球、通管塞清除管线积液，需要在井口安装投球装置，同时在站内安装收球装置，流程复杂，有一定的适用性，投收球存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是利用远程自控数字针阀，克服现有站内放空排液成本高、污染环境，加注起泡剂、利用通管球或通管塞工艺流程复杂的问题。

为此，本发明提供了一种远程自控数字针阀装置，包括由阀芯和阀座组成的针阀，阀芯安装在阀座内，还包括步进电机，所述阀芯的顶端通过联轴器与步进电机的输出轴连接，步进电机电连接着驱动电源和放大器，放大器电连接着单片机，单片机电连接着上位机。

一种远程自控数字针阀方法，包括以下步骤：

步骤一，判断采气管线积液，并关井

将远程自控数字针阀装置安装在井口的采气管线上，开井进行气井生产，并观察采气管线上的油压表，若油压下降到1MPa以下，则判断为采气管线积液，此时上位机向单片机发送关阀的时序脉冲，单片机再将时序脉冲发送给放大器，放大器把时序脉冲的小电流信号放大后发送给步进电机，然后驱动步进电机旋转一个固定的步距角，步进电机再通过联轴器进一步操纵阀芯沿直线运动，同时在上位机上增加输入的时序脉冲数，改变针阀关量的大小，直至针阀处于关闭状态，从而实现关井；

步骤二，开井，并排出采气管线内的积液

关井7.5～8.5小时后，待采气管线的油压升至2MPa以上，通过上位机向单片机发送开阀的时序脉冲，然后重复步骤一内对远程自控数字针阀装置的操控，改变针阀开量的大小，直至针阀处于打开状态，从而实现开井，开井后利用开井时的高速气流激荡吹扫采气管线，进而排出采气管线内的积液。

所述的阀芯上安装着传感器，传感器与单片机电连接。

步骤二中所述的待采气管线的油压升至2MPa以上是指油压自升恢复至2MPa以上或者抽汲升至2MPa以上。

步骤二中关井8小时以上。

一种远程自控数字针阀装置的应用，将远程自控数字针阀装置安装在井口的采气管线上，用于气田地面排液。

本发明的有益效果：本发明提供的这种远程自控数字针阀装置及其方法和应用，采用了可以精确位置控制的步进电机机构，远程自控数字针阀控制气井开关井，原理简单，排液安全高效，由单片机发出时序脉冲，通过放大器把时序脉冲的小电流信号放大，足以驱动步进电机工作，步进电机发出的角位移作为指令，通过螺纹配合，来操纵阀芯的直线位移，进而控制针阀的运动，以实现变量针阀的往复运动，从而促使针阀控制气井井口气量大小，最终改变气井井口开关状态，利用开井时高速气流激荡吹扫管线排除地面管线积液，合理利用气井自身能量排液，不引入外来物质，运行成本低廉。本发明独特之处在于可以远程安全控制针阀开关状态，仅充分利用气井自身能量排除地面管线积液，且装置结构简单，可随时远程启停机，减少人力劳动。

装置工作时，安全环保，噪音污染小。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是远程自控数字针阀装置的结构示意图。

图2是远程自控数字针阀装置的控制原理图。

附图标记说明：1、针阀；2、阀芯；3、阀座；4、步进电机；5、放大器；6、驱动电源；7、单片机；8、上位机；9、传感器。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有站内放空排液成本高、污染环境，加注起泡剂、利用通管球或通管塞工艺流程复杂的问题，本实施例提供了一种如图1所示的远程自控数字针阀装置，包括由阀芯2和阀座3组成的针阀1，阀芯2安装在阀座3内，还包括步进电机4，所述阀芯2的顶端通过联轴器与步进电机4的输出轴连接，步进电机4电连接着驱动电源6和放大器5，放大器5电连接着单片机7，单片机7电连接着上位机8。

该远程自控数字针阀装置的工作原理是：

将远程自控数字针阀装置安装在井口的采气管线上，正常气井生产过程中，采气管线压降明显，判断为管线积液，是因为气井产量下降，气流流速降低，携液能力减弱，导致部分采气管线积液。此时在上位机8远程控制数字针阀，向井口数字针阀上的单片机7（微机控制器）传送关阀信号即发出脉冲序列，通过放大器5把时序脉冲的小电流信号放大，驱动步进电机4旋转一个固定的步距角转换成阀芯位移，通过螺纹配合，来操纵阀芯2的直线位移（可以按输入的脉冲数和实际走的步数）来改变针阀关量的大小，从而实现关井的目的。

关井一段时间后，等待气井恢复压力，此时在上位机8远程控制数字针阀，向井口数字针阀上的单片机7（微机控制器）传送开阀信号即发出脉冲序列，通过放大器5把时序脉冲的小电流信号放大，驱动步进电机4旋转一个固定的步距角转换成阀芯2位移，通过螺纹配合，来操纵阀芯2的直线位移（可以按输入的脉冲数和实际走的步数）来改变针阀开量的大小，从而实现开井的目的，利用开井时高速气流激荡吹扫管线，排出管线积液，合理利用气井自身能量排液，不引入外来物质，运行成本低廉。

需要说明的是，驱动电源6向步进电机4提供电源，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为"步距角"，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

本实施例提供的远程自控数字针阀装置克服了现有站内放空排液成本高、污染环境，加注起泡剂、利用通管球或通管塞工艺流程复杂等问题，远程自控数字针阀装置可以远控周期性开关气井，实现低压气井有效安全环保低成本排除地面管线积液的目的。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了一种远程自控数字针阀方法，包括以下步骤：

步骤一，判断采气管线积液，并关井

将远程自控数字针阀装置安装在井口的采气管线上，开井进行气井生产，并观察采气管线上的油压表，若油压下降到1MPa以下，则判断为采气管线积液，此时上位机8向单片机7发送关阀的时序脉冲，单片机7再将时序脉冲发送给放大器5，放大器5把时序脉冲的小电流信号放大后发送给步进电机4，然后驱动步进电机4旋转一个固定的步距角，步进电机4再通过联轴器进一步操纵阀芯2沿直线运动，同时在上位机8上增加输入的时序脉冲数，改变针阀1关量的大小，直至针阀1处于关闭状态，从而实现关井；

步骤二，开井，并排出采气管线内的积液

关井7.5～8.5小时后，待采气管线的油压升至2MPa以上，通过上位机8向单片机7发送开阀的时序脉冲，然后重复步骤一内对远程自控数字针阀装置的操控，改变针阀1开量的大小，直至针阀1处于打开状态，从而实现开井，开井后利用开井时的高速气流激荡吹扫采气管线，进而排出采气管线内的积液。

本实施例是针对远程自控数字针阀装置的一个主要应用方法，综上所述，本实施例提供的远程自控数字针阀的方法，采用了可以精确位置控制的步进电机机构，由单片机7发出时序脉冲，通过放大器5把时序脉冲的小电流信号放大，足以驱动步进电机4工作，步进电机4发出的角位移作为指令，通过螺纹配合，来操纵阀芯2的直线位移，进而控制针阀1的运动，以实现变量针阀1的往复运动，从而促使针阀1控制气井井口气量大小，最终改变气井井口开关状态，利用开井时高速气流激荡吹扫管线排除地面管线积液。该方法独特之处在于可以远程安全控制针阀开关状态，仅充分利用气井自身能量排除地面管线积液。

实施例3：

在实施例2的基础上，所述的阀芯2上安装着传感器9，传感器9与单片机7电连接。在实施例2的步骤一和步骤二中，阀芯2直线运动到一定状态，可通过传感器9反馈针阀1状态来判断是否关井或者开井完毕，起到安全可控的作用。

通过多次试验，作为优选，步骤二中所述的待采气管线的油压升至2MPa以上是指油压自升恢复至2MPa以上或者抽汲升至2MPa以上。且步骤二中关井8小时以上。

实施例4：

本实施例提供了一种远程自控数字针阀装置的应用，将远程自控数字针阀装置安装在井口的采气管线上，用于气田地面排液。

本发明提供的这种远程自控数字针阀装置及其方法和应用，合理利用气井自身能量排液，不引入外来物质，运行成本低廉；采用远程自控数字针阀控制气井开关井，原理简单，排液安全高效；装置结构简单，可随时远程启停机，减少人力劳动；装置工作时，安全环保，噪音污染小。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。